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* * * * * * * Company Logo Company LOGO Company Logo 集成运放的基本运算电路 赵明玺 提 纲 电子系统的一般组成 理想运放的性能指标 理想运放的工作区 比例运算电路 反相比例运算电路 同相比例运算电路 两者的优缺点 习题 电子系统的一般组成 电子系统：由若干相互联结，相互作用的基本电路组成的，实现特定功能的电路整体。电子系统的功能是实现对信息的处理，因此也称为电子信息系统。 电子信息系统大致包含信号的提取、信号的预处理、信号的加工、信号的执行四个环节。 信号是信息的载体。 声音信号——传达语言、音乐或其它信息。 图像信号——传达人类视觉系统能接受的图像信息。 常见信号：声音、图像、温度、压力，电信号等。 电子系统的一般组成 信号发生器 接收器 传感器 比较 转换 运算 放大 滤波 隔离 经计算机处理 驱动负载 喇叭 信号 放大 话筒 电源 无线发送 无线接收 功率放大 电源 无线话筒扩音系统 理想运放的特性 1) 开环差模增益Aod=∞; 2) 差模输入电阻Rid=∞; 3)输出电阻Ro=0; 4)上限截止频率fH=∞; 5)共模抑制比KCMR=∞; 6)输入失调电压、输入失调电流、无内部噪声 以及它们的温度漂移均为零。 主要条件 条件较难满足， 可采用专用运放 来近似满足。 ∞ U- U+ Uo Ui “虚短”与“虚断” 两条重要的法则：“虚短”与“虚断” “虚短”： 理想运放的两输入端之间的电压差为零——两输入端短路 “虚断”： 理想运放的两输入端不取电流——两输入端之间开路 ∵Ui=0， 而 Ri=∞ ∴ 即两差动输入端相当于短路，但短路中又无电流流过。 ∞ U- U+ Uo Ui 线性工作区 运放的输出电压和输入电压满足如下的关系： Uo=Aod（U+-U-） 通常情况下，集成运放的Aod很大(→ ∞)。引入深度负反馈之后，使得U+与U-相差很小，可以使Uo为成比例的输出，即运放工作在线性区。 特点： （1） 运放的同相输入端与反相输入端的电位近似相等，即U+≈U-。 （2）?理想运放的输入电流等于零。 用途：实现各种数学运算，例如比例，加减，积分，微分和指数等运算。 ∞ U- U+ Uo Ui 非线性工作区 当电路处于开环或引入正反馈状态时，Uo=Aod（U+-U-）→∞，使得输出电压Uo取向饱和。 特点： （1） 输出电压只有两种可能的状态： 当 U+＞U- 时, Uo=+UOM（饱和电压） U+＜U- 时, Uo=-UOM （2）由于理想运放的差模输入电阻无穷大， 因此运放的净输入电流等于零。 （3）通常电路处于开环或引入正反馈状态。 用途：实现振荡器，正弦信号发生器，比较器等功能。 ∞ U- U+ Uo Ui 运放工作区 ∞ U- U+ Uo 线性工作范围 正饱和 负饱和 主要通过引入负反馈，使得运放处于线性工作区。从而实现各种运算功能。 特点： （1）输入信号加在反相输入端； （2）同相端通过Rp接地，以保证运放工作于对称状态，Rp=Rf//R1； （3） Rf与R1组成反馈网络，且为电压并联负反馈； （4）因Rp中无电流，故U+=0，相当于同相端接地，另一方面，在理想情况下，U+=U-，所以U-=0，这种情况也称为“虚地”。 （5）虽然理想运放的输入阻抗为∞，但是由于引入了电压并联负反馈，使得该电路的实际输入电阻（等效电阻）为： R1（=Ui/IR1）。 ～ Ui R1 RP Uo Rf 反相比例运算电路 R1：输入电阻； Rf：反馈电阻； RP：平衡电阻。 U+ U- 反相比例运算电路 ～ Ui R1 RP Uo Rf I1 If 瞬时极性法： 虚断：I+=I-=0，∴ Ii=0，∴I1=If 虚短：U+=U-=0， 有： 由I1=If，则闭环增益 同时， U+ U- 工作原理： 结论： （1）Uo与Ui反相——反相放大器； （2）Auf只与Rf，R1有关，且有三种情况； （3）当Rf=R1时，Uo=-Ui，此时运放相当于作变号运算； 同相比例运算电路 说明： （1）Uo与Ui同相，且Uo＞Ui， （2）若令Rf=0或R1=∞，则Auf=1, 即 Uo=Ui ——电压跟随器 因Rp中无电流，故U+=Ui，→ Ui=U+=U-=Uo 则闭环增益： Uo Ui 特点： （1） R1、Rf：反馈电阻，引入电压串联负反馈； （2）RP：平衡电阻； （3）输入信号加在同相输入端，